消防幫浦

消防幫浦的構造有哪些?最詳細的加壓送水裝置解說在這裡

最後更新日期: 2022-01-05

我們都知道,水系統滅火設備共同擁有的就是加壓送水裝置,而加壓送水裝置又可分成重力水箱壓力水箱消防幫浦三種,我們常聽到的加壓送水裝置其實就是指消防幫浦

消防幫浦的構造、附屬裝置和相關的細節規定都在消防幫浦認可基準中,但這個基準的內容太過繁雜,因此我們可以參考消防幫浦加壓送水裝置等及配管摩擦損失計算基準(以下簡稱計算基準)的內容

計算基準雖然年代久遠,且許多構造、性能等規定不如消防幫浦認可基準詳細,但對於我們理解水系統滅火設備的作動原理、系統組成是非常有幫助的,而且考試也非常愛考這個計算基準的內容,因此我特別整理了一些重點給大家參考,如果想深入瞭解計算基準的內容,推薦大家參考陳火炎的各類場所消防安全設備設置標準解說(附錄二)

延伸閱讀:
消防安全設備超級考題(全台唯一內容揭露)
中繼幫浦有什麼用?法規只有一條但卻讓你無法理解的消防設備

名詞定義

揚程

揚程」又稱為全揚程,分為兩種:吸水揚程、壓水揚程,單位為公尺(m)。吸水揚程是可吸水的深度、代表幫浦能吸多深的水。壓水揚程是可使液體提升的高度,代表幫浦能將水送到多高。消防幫浦主要是加壓送水,因此這裡的揚程指的是幫浦能使水提升的高度(也被稱為水頭)。揚程與流量有關,幫浦的出水量愈高、揚程愈低,因此在計算基準第五點中可以看到下面這樣的曲線

消防幫浦

一次側與二次側

以下圖為例,如果水流由左向右通過一個閥體(止水閥、逆止閥、一齊開放閥等),則左邊為一次側、右邊為二次側。也就是說,以閥體而言,水流入的一端為一次側、水流出的一端則為二次側

消防幫浦

加壓送水裝置

重力水箱

利用高度落差所產生的壓力,使水系統滅火設備達到法定的放水壓力(如第一種消防栓為1.7 Kg/cm2、撒水頭為1 Kg/cm2 等)

由水位計、排水管、補給水管、人孔、溢水用排水管等構成,構造簡單、保養維護簡便,缺點是為了達到法定的放水壓力,高度必須比最高的滅火設備高20~30 m,因此多用於高層建築物供低樓層部分使用

備註:以第一種消防栓為例,放水壓力1.7 Kg/cm2 換算成揚程(水頭)為17 m,加上消防栓水帶、配管所造成的摩擦損失,因此重力水箱的高度需比建築物中最高的消防栓再高至少20 m,實際上沒有建築物會在屋頂再設一個20 m 高的空間放置重力水箱,因此不可行。在屋頂裝設重力水箱只能使低樓層消防栓的放水壓力達到1.7 Kg/cm2、高樓層的消防栓則無法達到

重力水箱
圖片來源:陳火炎 各類場所消防安全設備設置標準解說

壓力水箱

利用壓縮空氣所產生的壓力,使水系統滅火設備達到法定的放水壓力

由水位計、排水管、補給水管、人孔、壓力表、給氣管、空氣壓縮機等構成。水箱的設置場所不限、多設於地下室,缺點是水箱只能儲存2/3的水量,且空氣壓縮機需有另外的空間擺放、造成不便,因此也較不常見

壓力水箱
圖片來源:陳火炎 各類場所消防安全設備設置標準解說

消防幫浦

一般我們說的加壓送水裝置就是消防幫浦。根據消防幫浦認可基準定義,消防幫浦由幫浦、電動機和附屬裝置(控制盤、呼水裝置、防止水溫上升用排放裝置、幫浦性能試驗裝置、啟動用水壓開關裝置、底閥)構成,分為以下三種:

  1. 基本型:消防幫浦+底閥
  2. 組合I型:基本型+呼水裝置+防止水溫上升用排放裝置+幫浦性能試驗裝置+啟動用水壓開關裝置
  3. 組合II型:組合I型+控制盤
消防幫浦
圖片來源:陳火炎 各類場所消防安全設備設置標準解說

一般我們常看到的消防幫浦就是組合II型,包含最完整的附屬裝置,大家可以參考下面大葉大學的教學影片,看看消防幫浦的實體、構造和相互之間的連結是長什麼樣

附屬裝置

幫浦性能試驗裝置

幫浦性能試驗裝置
幫浦性能試驗裝置

幫浦性能試驗裝置的功能是確認消防幫浦的揚程和出水量,由檢查閥、流量計、流量調整閥構成,構造簡單但卻非常重要,大家可以參考上面的昇位圖和實體照片。之所以重要,是因為我們必須利用這個裝置來測試幫浦是否符合計算基準中第五點的幫浦性能,測試流程如下:

  1. 關閉幫浦出水側的止水閥
  2. 啟動幫浦:在控制盤上,將自動啟動切換成手動啟動,按下「運轉」鈕使幫浦「關閉運轉」
  3. 開啟檢查閥、流量調整閥(實務上通常是兩個一起轉動調整,只要轉到讓流量計達到想要的數值即可)
  4. 將流量計調整到額定出水量(Q0)時查看壓力表,此時的壓力即為Q0時的全揚程(H2)
  5. 將流量計調整到1.5倍額定出水量(Q1)時查看壓力表,此時的壓力即為Q1時的全揚程(H3)
  6. 將流量計調整到0時(出水量為0)查看壓力表,這時的壓力即為全閉揚程(H1)

消防幫浦上都會有一個鐵製的標示牌,上面標註了額定全揚程(H0)額定出水量(Q0)。額定全揚程是幫浦公司標示的數值,但我們必須確定這個幫浦是否在額定出水量的時候,真的可以達到額定全揚程的能力。所以第一個要確認的就是「Q0時的全揚程」(H2),也就是「在額定出水量下幫浦實際的全揚程是多少」,依計算基準的規定,必須是H0的1-1.1倍之間,也就是1 < H2/H0 < 1.1

知道H2後再來就是要測試「Q1時的全揚程」(H3),依計算基準的規定,必須是H2的0.65倍以上,也就是H3/H2 > 0.65。最後要確定的是「全閉揚程」(H1),依計算基準規定,必須是H2的1.4倍以下,也就是H1/H2 < 1.4。將這些數值畫成圖就可以得到下面的幫浦性能曲線

消防幫浦標示
幫浦性能曲線

呼水裝置

呼水裝置
消防幫浦
消防幫浦

消防幫浦不可以在無水的狀況下運轉,否則會溫度過高燒壞,必須隨時保持在充滿水的狀態、泡在水裡,通常水源都在幫浦以下,必須另外設置呼水裝置,呼水槽裡的水會透過呼水管填充至幫浦

呼水管上必須有逆止閥,幫浦啟動時水源就不會經由呼水管流回呼水槽,而在逆止閥一次側則需要裝止水閥,如果逆止閥損壞,就可以關閉止水閥阻擋呼水槽的水持續流出,便於更換逆止閥。這也是我特別強調逆止閥和止水閥的位置千萬不能顛倒,實務上如果裝錯的話會造成檢修、更換困難

逆止閥

檢查呼水裝置時,將排水管上的止水閥開啟,呼水槽內的水就會流出、水位逐漸降低,當水位低於1/2時減水警報裝置會發出警報,浮球落下而開啟補給水管的止水閥補充水源(與馬桶補水的原理相同),當水位回復正常後則警報、補水停止

如果浮球或減水警報裝置壞掉,在補水的過程中即使水位已回復正常,但仍無法關閉補給水管時,水位就會持續升高,最後由溢水用排水管流出,為了避免呼水槽的水溢出,因此計算基準規定溢水用排水管的管徑(50A)必須比補給水管的管徑(15A)還大

防止水溫上升用排放裝置

幫浦運轉時會產生熱,必須維持水的流動才能降溫,設置防止水溫上升用排放裝置的目的,就是使幫浦在運轉的時候可以將一部分水排至呼水槽、維持水的流動

當我們在做幫浦性能測試時,幫浦出水側的止水閥會關閉,幫浦在關閉運轉的狀況下,水會經由防止水溫上升用排放裝置持續流到呼水槽、避免溫度上升,因此這個裝置扮演著重要的角色

防止水溫上升用排放裝置的排放水量計算公式很重要,警大消佐班的考古題出過幾次,大家一定要熟練!完整公式的寫法是q=(Ls×C)/(60×∆t) ,詳細的公式解說可以參考陳火炎的各類場所消防安全設備設置標準解說

如果是對公式比較陌生、記不起來的人也不用擔心,這公式其實很簡單,直接把C代入860、∆t代入30,將公式簡化為 q=(Ls×860)/(60×30),如此一來只要知道幫浦關閉運轉時的出力是多少就可以直接帶入計算出結果了

  • q :排放水量(公升/分)
  • Ls:幫浦關閉運轉時之出力(Kw)
  • C :幫浦運轉時每小時千瓦860千卡(kcal/hr.kw)
  • △t :幫浦的水溫上昇限度為攝氏30度時,每1公升水的吸收熱量(每1公升30千卡)

啟動用水壓開關裝置

啟動用壓力開關裝置
啟動用壓力開關裝置

幫浦的自動啟動就是透過啟動用水壓開關裝置來執行,啟動用壓力槽內上方為壓縮空氣、下方為水,當滅火設備(消防栓、撒水頭等)放水時管路的壓力會下降,啟動用壓力槽內的壓力也會下降,當壓力下降到一定值時壓力開關會動作,將啟動訊號傳到控制盤和幫浦,幫浦因而啟動運轉

平時要測試啟動用水壓開關裝置時,我們可以開啟試驗用排水閥,將壓力槽內下方的水排出,使上方的壓縮空氣壓力降低,確認壓力降低到一定值時,壓力開關能傳遞訊號、自動啟動幫浦


上面提到的壓力開關降低到一定值時必須能自動啟動幫浦,這一定值到底是多少就必須查看消防署的解釋令(台內消字第8584154號)

這個解釋令非常重要,補充了設置標準很多更細節的內容,包含室內消防栓設備、自動撒水設備加壓送水裝置的啟動壓力如何設定?自動撒水設備設有補助撒水栓,可否檢討免設室內消防栓設備?消防水源之有效水量應如何計算?等問題,大家務必要熟讀!以下針對啟動壓力設定的部分說明:

消防幫浦
圖片來源:陳火炎 各類場所消防安全設備設置標準解說

首先我們先看室內消防栓設備要如何設定啟動壓力。依照消防署的解釋令,當配管內壓力降到下面二者較大壓力值時(計算兩者的值,取比較大的為啟動壓力),加壓送水裝置應即啟動:

  • 使用第一種消防栓時,最高或最遠消防栓開關至啟動用水壓開關裝置壓力開關間之落差壓力(H1)+ 2 ㎏/cm2;使用第二種室內消防栓時,為落差壓力(H1)+ 3 ㎏/cm2 + 第二種消防栓之開關、水帶瞄子之摩擦損失(H0)
  • 屋頂水箱至啟動用水壓開關裝置壓力開關之落差壓力(H2)+ 0.5 ㎏/cm2

這邊要注意的是,設置標準在107年10月17日將第二種消防栓的出水壓力 2.5 ㎏/cm2 修改為 1.7 ㎏/cm2,而這個解釋令是85年公布的,裡面的內容之後也沒有再修改過,因此上面提到的落差壓力+2(第一種消防栓)或+3(第二種消防栓)就很好理解

第一種消防栓出水壓力是 1.7 ㎏/cm2,多抓一點餘裕所以是+2,第二種消防栓出水壓力是 2.5 ㎏/cm2,多抓一點餘裕所以是+3。但法規修改過後理論上應該要改成都是+2才對,這部分就必須由消防署再重新解釋才行

另外,第一種、第二種消防栓都有開關、水帶瞄子的摩擦損失(H0),為什麼只有使用第二種消防栓時,在計算上才要加?這點我就不得而知。如果有人知道原因的話,歡迎在下面留言告訴我喔!

有人可能會好奇,計算壓力開關的壓力值為什麼會跟屋頂水箱的高度有關?這是因為如果屋頂水箱的高度比較高, H2 + 0.5 ㎏/cm2 的值大於 H1 + 2 ㎏/cm2 (或H1 + 3 ㎏/cm2 + H0),配管內壓力降低(低於H2 + 0.5 ㎏/cm2)時會變成由屋頂水箱來提供水源、幫浦永遠無法開啟,所以才要計算這兩種壓力、取較大的當作啟動壓力

消防幫浦
圖片來源:陳火炎 各類場所消防安全設備設置標準解說

自動撒水設備加壓送水裝置的啟動壓力值則分為「使用啟動用水壓開關裝置連動啟動」或「使用自動警報逆止閥連動啟動」。使用啟動用水壓開關裝置連動啟動,當配管內壓力降至下面三者降大值時,加壓送水裝置應即啟動:

  • 最高處撒水頭至啟動用水壓開關裝置壓力開關間之落差壓力(H1) + 1.5 ㎏/cm2
  • 屋頂水箱至啟動用水壓開關裝置壓力開關間之落差壓力(H2) + 0.5 ㎏/cm2
  • 設有補助撒水栓時,為最高處補助撒水栓至啟動用水壓開關裝置壓力開關間之落差壓力(H3)+ 3 ㎏/cm2 + 補助撒水栓之開關、水帶、瞄子等摩擦損失(H0

上面的規定不難理解,撒水頭放水壓力是 1 ㎏/cm2,多抓一點餘裕所以是+1.5。屋頂水箱的計算跟室內消防栓的狀況一樣。補助撒水栓的放水壓力是 2.5 ㎏/cm2,多抓一點餘裕所以是+3,補助撒水栓其實就跟室內消防栓的功能一樣,所以也會有開關、水帶、瞄子的摩擦損失(H0)要再加上去

消防幫浦
圖片來源:陳火炎 各類場所消防安全設備設置標準解說

使用自動警報逆止閥連動啟動時,啟動壓力的計算則是屋頂水箱至最高處撒水頭間之落差(H)+ 1.5 ㎏/cm2(設有補助撒水栓時,不得使用此種啟動方式)

我們注意到,文字內容寫的是H + 1.5 ㎏/cm2 ,但消防署給的圖是則是 H ≧ 1.5 ㎏/cm2 ,事實上應該是H ≧ 1.5 ㎏/cm2 才對。自動警報逆止閥是流水檢知裝置的一種,透過逆止閥一次側與二次側的壓力差而開啟、發出警報、啟動幫浦

逆止閥一次側的壓力就是屋頂水箱到自動警報逆止閥(撒水頭)的落差壓力(通常自動警報逆止閥與撒水頭會在同一樓層、落差高度很小),二次側的壓力則是撒水頭放水壓力1 ㎏/cm2,所以只要落差能達到15公尺以上(H ≧ 1.5 ㎏/cm2 ),這時逆止閥兩側的壓力差足夠,自動警報逆止閥就可以動作、啟動幫浦,而不需要再另外設置啟動用水壓開關裝置

電動機

電動機與幫浦連結、馬達帶動幫浦運轉。電動機的重點是計算所需馬力的公式,警大消佐班、二技的考古題出過幾次,大家務必熟練!為了避免誤會,我把完整公式改寫成 L=(0.163×Q×H×K)/E,詳細的公式解說可以參考陳火炎的各類場所消防安全設備設置標準解說

這邊要特別注意的是額定出水量(Q)的單位,前面我們看到幫浦性能試驗裝置、防止水溫上升用排放裝置的Q,單位都是公升/分鐘(L/min),但這邊的單位是立方公尺/分鐘(m3/min),1 m3/min = 1000 L/min,大家在代入公式時一定要特別記得先換算成正確的單位喔!

  • L:額定馬力(kw)
  • Q:額定出水量(m3/min)
  • H:額定全揚程(m)
  • E:效率(%)
  • K:傳動係數(=1.1)

總結

以上完整介紹了加壓送水裝置(消防幫浦)各個附屬裝置的構造、性能、公式和檢修方式,內容很多卻對理解水系統滅火設備非常有用,而且消防幫浦的性能也是檢修重點,設置標準第37、42、58、65、77條都是有關加壓送水裝置的規定,大家在閱讀時可以一起拿出來比較,而上面提到的公式,如果可以也建議盡量背起來

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18 thoughts on “消防幫浦的構造有哪些?最詳細的加壓送水裝置解說在這裡”

  1. 似乎沒有人專門做一個以柴油原動機的消防幫補(例消防車)的文章,不知大師是否有相關資訊解惑?

  2. 請問在泵浦測試性能裝置中的測試流程第2點,我有點搞混,究竟是要啟動泵浦還是要關閉泵浦?

    1. 是要「啟動」幫浦,只是因為關閉了幫浦出水側的止水閥,水不會送到室內栓、撒水等滅火設備端

      因為關閉了止水閥,所以叫做「關閉運轉」

  3. 太棒了 連解釋令都講解得非常清楚
    完全把我的疑惑解開了
    許多主題都解釋的淺顯易懂
    真是太讚了!!!
    我想我會因為你的文章讓我的消防設備知識突飛猛進~

    1. 消防幫浦認可基準的「技術規範及試驗方法」中只有規定:
      1.未於流量計二次側設流量調整閥時,其一次側之檢查閥與流量計間之直管長度應在該管管徑之10倍以上
      2.流量計與設在二次側之流量調整閥間應為直管,其長度應為該管管徑之 6 倍以上

      認可基準中沒有特別說有設置流量調整閥時,檢查閥和流量計的距離要多少

    2. 抱歉..我沒注意到….消防幫浦認可基準(1011114訂定)己修正!!!

      (4)流量計與設在二次側之流量調整閥間應為直管,其長度應為該管管徑之6倍以上…..

  4. 請問消防署解釋令只有提到消防及撒水幫浦的啟動壓力,那泡沫幫浦的加壓送水裝置啟動壓力要如何設定?

    1. 如果是要討論實務面的部份,我有詢問實際有在從事消防設備設計的朋友,他的回覆概略如下:

      當初這個解釋令只是很大略的把各個壓力合計後再多加個0.5公斤左右當配管、配件的磨擦損失去設定,以前一種栓出水壓力是1.7所以訂2,二種栓是2.5所以訂3,撒水頭是1所以訂1.5,屋頂水箱則都是加0.5,但實務設計上還是得依個案現場檢討

      設計揚程=h1(配管、配件磨損)+h2(落差)+h3(設計放射壓力:撒水1、泡沫2.5、室栓1.7)。有時候最遠的未必就是最高的,最遠的可能會比最高的多很多h1(經過很多彎管、T字等),所以檢討時必須計算最遠的h1+h2和最高的h1+h2,然後取較大者

      實務上都是靠計算來設計壓力,不會用這個解釋令

  5. 其中防止水溫上升用排放裝置,照片中限流孔的圖示,箭頭所指的應該是「由令」,是一種金屬管兩端的接合件,正確的限流孔似乎應該是止水閥上方的六角型。另外版大的排版、解說很詳細,解了很多法令的不解之謎…….

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